• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Astronomowie bliżej rozwiązania zagadki ciemnej energii

    20.09.2011. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Szybkie rozszerzanie się Wszechświata zawdzięczamy ciemnej energii. Jednak dotąd nikomu nie udawało się rzucić światła na naturę ciemnej energii... aż do teraz. Zespół astronomów z Włoch i Polski opracował metodę pomiaru największych odległości we Wszechświecie. Naukowcy odkryli, że błyski gamma, będące śladami eksplozji kosmicznych, odgrywają znaczącą rolę, jeśli chodzi o naturę ciemnej energii.

    Astronomowie z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW) i Uniwersytetu Neapolitańskiego Federico II wykorzystali swoje najnowsze odkrycie do sprawdzenia poprawności modeli budowy Wszechświata.

    „Z cech promieniowania emitowanego podczas błysków gamma potrafimy odczytać odległość, w jakiej doszło do eksplozji” - wyjaśnia prof. Marek Demiański z FUW. „Ponieważ część tych wybuchów pochodzi z jednych z najdalszych znanych nam obiektów w kosmosie, po raz pierwszy jesteśmy w stanie oszacować tempo ekspansji czasoprzestrzeni nawet w dość wczesnych epokach po Wielkim Wybuchu”.

    Przeszło 12 lat temu, podczas analizowania najjaśniejszych supernowych typu Ia, astronomowie zauważyli, że najodleglejsze wybuchy wydają się słabe. Siedliskiem supernowych typu Ia są układy podwójne. Jedną z gwiazd takiego układu jest biały karzeł, będący pozostałością cyklu ewolucyjnego gwiazd podobnych do Słońca.

    Biały karzeł „odbiera” odpryski wypełnionych wodorem zewnętrznych warstw drugiej z gwiazd układu, która rozszerza się po wejściu w fazę czerwonego olbrzyma. W ten sposób biały karzeł zwiększa swoją masę. Kiedy osiąga 1,4 masy Słońca, eksploduje i rozpada się. Ponieważ warunki powodujące tę eksplozję nie zmieniają się, supernowe typu Ia za każdym razem emitują taką samą ilość energii. Dzięki tej właściwości astronomowie mogą zmierzyć odległość w przestrzeni.

    Naukowcy sugerują, że supernowe typu Ia są bardziej odległe niż dotąd uważano, ze względu na ich mniejszą jasność. Co ciekawe, zaobserwowano, że tempo rozszerzania się Wszechświata nie maleje, ale zamiast tego przyspiesza. Dlatego do teorii Wszechświata włączono nową formę energii, zwanej ciemną energią, która pozwala pogodzić wcześniejsze modele z obserwacjami.

    Według naukowców pomiary wskazują, że ilość ciemnej energii jest ogromna - około 20-krotnie większa niż ilość energii związanej ze światem widocznym dla ludzkiego oka.

    „Z dnia na dzień ciemna energia stała się, całkiem dosłownie, największą zagadką Wszechświata” - mówi prof. Demiański.

    Według zespołu, obserwacja gęstości ciemnej energii w różnych okresach po Wielkim Wybuchu może pomóc naukowcom określić, który model należy wykorzystać. Ciemna energia jest powiązana z właściwością czasoprzestrzeni, jeśli jej gęstość jest stała, natomiast jeśli za przyspieszenie Wszechświata odpowiada pole skalarne, gęstość powinna się zmieniać.

    Analiza zmian ciemnej energii po Wielkim Wybuchu jest jednak złożona i ważne jest, aby wiedzieć, jak mierzyć odległość do bardzo dalekich obiektów. Dlatego właśnie astronomowie proponują wykorzystanie do tego celu błysków gamma. Promieniowanie gamma jest tak intensywne, że umożliwia obserwowanie obiektów, które wybuchły 400 mln lat po Wielkim Wybuchu.

    „Znaliśmy odległość do galaktyki, wiedzieliśmy też, ile energii błysku dotarło do Ziemi. Na tej podstawie mogliśmy skalibrować błysk, czyli wyliczyć całkowitą energię eksplozji” - tłumaczy prof. Demiański. „Nie umiemy podać fizycznego wyjaśnienia, dlaczego niektóre własności błysków gamma są ze sobą powiązane, potrafimy jednak powiedzieć, że jeśli zarejestrowane promieniowanie ma takie a nie inne cechy, to błysk musiał mieć taką a nie inną energię. Dzięki temu możemy używać błysków jako świec standardowych, do pomiaru odległości”.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Ciemna energia – w kosmologii jest hipotetyczną formą energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, wywołując rozszerzanie się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Wyniki badań opublikowane w 2011 wydają się potwierdzać istnienie ciemnej energii. Kwintesencja – hipotetyczna forma ciemnej energii, postulowanej jako czynnik wyjaśniający obserwowane przyspieszanie ekspansji Wszechświata. Liniowy współczynnik przenoszenia energii, LET (ang. linear energy transfer) – określa ilość energii promieniowania jonizującego absorbowaną na jednostkowej drodze. Zależy od typu promieniowania. LET jest bardzo wysokie dla promieniowania alfa, którego cząsteczki penetrują tkanki na niewielką głębokość, wchodząc w reakcje z dużą ilością cząsteczek. Odwrotnie, promieniowanie gamma wnikając głębiej, reagują z mniejszą ilością cząsteczek na jednostkę odległości. Cząstki gamma przenosząc swoją energię na dłuższej drodze, powodują znacznie mniej uszkodzeń przypadających na jednostkę objętości tkanki niż promieniowanie alfa, które powoduje znaczne uszkodzenia na mniejszych, powierzchniowych obszarach tkanki.

    Mikrofalowe promieniowanie tła, promieniowanie reliktowe – rodzaj promieniowania o rozkładzie termicznym energii, czyli widmie ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7249–2,7252 K. Maksimum gęstości energii przypada na fale o długości 1,1 mm. Promieniowanie to jest pozostałością po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata i okresie rekombinacji elektronów i protonów. Kosmologia teoretyczna zajmuje się badaniem struktury i ewolucji Wszechświata jako systemu, konstruując teorie i porównując ich przewidywania z obserwacjami, stanowiąc naturalne uzupełnienie kosmologii obserwacyjnej. W szczególności, przedmiotem badań kosmologii teoretycznej są statystyczne przewidywania dotyczące struktury Wszechświata, w tym modelowanie rozwoju pierwotnych zaburzeń, prowadzących do powstania galaktyk, a także modelowanie najwcześniejszych etapów ewolucji Wszechświata (teoria inflacji, teorie ciemnej energii i kosmologia strunowa (tj. kosmologia oparta o teorię strun).

    Spektrometria promieniowania gamma polega na ilościowym badaniu widma energetycznego promieniowania gamma źródeł, bez względu na pochodzenie - tak ziemskich jak i kosmicznych. Promieniowanie gamma jest najbardziej energetycznym zakresem promieniowania elektromagnetycznego, będąc fizycznie tym samym promieniowaniem co np. promieniowanie rentgenowskie, światło widzialne, podczerwień, nadfiolet czy fale radiowe, różniącym się od tych form wyższą energią fotonów i odpowiadającą jej wyższą częstotliwością oraz mniejszą długością fali. (Z powodu wysokiej energii fotonów gamma są one na ogół liczone indywidualnie, natomiast fotony najniższych energii promieniowania elektromagnetycznego, jak np. fale radiowe są obserwowane jako fale elektromagnetyczne składające się z wielu fotonów o niskiej energii.) Podczas gdy licznik Geigera lub podobne urządzenie określa jedynie częstość zliczeń (tj. liczbę zarejestrowanych - oddziałujących z substancją czynną detektora - kwantów gamma na sekundę), spektrometr promieniowania gamma pozwala również wyznaczyć energie rejestrowanych przez detektor a emitowanych przez źródło fotonów gamma. Energia rozpadu – energia wydzielająca się podczas rozpadu promieniotwórczego będąca częścią energii wiązania jądra. Jest ona unoszona przez produkty rozpadu w postaci energii kinetycznej oraz przez promieniowanie elektromagnetyczne zwane w tym przypadku promieniowaniem gamma. Część tej energii może być przekazana elektronom rozpadającego się atomu, czemu towarzyszy zmiana ich konfiguracji lub jonizacja atomu.

    Model Lambda-CDM (Λ-CDM, ang. Lambda-cold dark matter) – jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych. Jego nazwa pochodzi od dwóch głównych składników Wszechświata: stałej kosmologicznej (oznaczanej przez Λ) i zimnej ciemnej materii. Model ten wyjaśnia mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), obserwowaną strukturę wielkoskalową oraz przyspieszanie ekspansji Wszechświata. Ujemne ciśnienie - właściwość hipotetycznej fałszywej próżni, która ma wywierać niższe ciśnienie od próżni zwyczajnej. Pojęcie ujemnego ciśnienie jest sprzeczne z intuicją. Ciśnienie próżni jest zależne od energii próżni, która poprzez tensor napięć-energii wytwarza grawitację. Przejawem ujemnego ciśnienia byłaby siła antygrawitacji. W teorii inflacji kosmologicznej zakłada się, że kiedyś Wszechświat wypełniała fałszywa próżnia posiadająca ujemne ciśnienie. To ujemne ciśnienie zadziałało jak ogromna siła rozprężająca, która doprowadziła do wykładniczego wzrostu objętości Wszechświata.

    GRB 080916C – rozbłysk gamma odkryty przez kosmiczne obserwatorium GLAST 16 września 2008. Energia rozbłysku równa się energii ok. 9000 eksplodujących supernowych i była skoncentrowana głównie w dwóch dżetach, które poruszały się z prędkością wynoszącą 99,9999% prędkości światła. Jest to jeden z najpotężniejszych odkrytych dotychczas rozbłysków gamma.

    Konwersja energii jest zamianą jednej jej postaci na inną. W myśl zasady zachowania energii energia całkowita nie ulega zmianie. Jednak poszczególne składniki wchodzące w skład energii całkowitej mogą rosnąć lub maleć. W maszynach i urządzeniach energetycznych występuje zwykle kilka stopni konwersji energii.

    Odwrotne rozpraszanie Comptona - zderzenie elektronu o wysokiej energii z fotonem o niskiej energii, w wyniku którego elektron przekazuje część swojej energii fotonowi. Zjawisko to znajduje praktyczne zastosowanie przy wytwarzaniu wiązek promieniowania o wysokiej energii lub schładzaniu elektronów. W astrofizyce uważa się je za mechanizm powstawania promieniowania X oraz gamma np. po wybuchach supernowych, wskutek zderzeń wysokoenergetycznych elektronów pochodzących z gwiazdy z fotonami mikrofalowego promieniowania tła.

    Dodano: 20.09.2011. 17:37  


    Najnowsze